宇宙飛行士が初めて宇宙でコンクリートを作成、将来の宇宙開拓の基礎へ

これまでの月面探査により、月面開発には莫大なメリットがあることが判明していますが、人類が本格的に月に進出するには月面基地が必要不可欠です。しかし、地球から建設材料を打ち上げて月面基地を作るのはコストがかかりすぎて現実的ではありません。そこで、白羽の矢が立てられたのが「月の砂で作ったコンクリート」です。

Frontiers | Microgravity Effect on Microstructural Development of Tri-calcium Silicate (C3S) Paste | Materials
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2019.00083/full

A Concrete Advantage for Space Explorers | NASA
https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/concrete-advantage-for-space-explorers-mics-iss

Astronauts mix cement on ISS, pave way for future space colonies | Astronomy.com
http://www.astronomy.com/news/2019/09/first-cement-mixed-in-space-paves-the-way-for-otherworldly-buildings

ペンシルバニア州立大学の研究者とNASAは共同で、国際宇宙ステーション(ISS)に少量の材料を運んで、コンクリートを固めてみる実験を行いました。その目的は、月の砂で作ったコンクリートで月面基地を建てるための知見を得ることです。

ISSでコンクリートを固化させる実験を行っているアレクサンダー・ゲルスト宇宙飛行士。

以下のムービーでは、宇宙でコンクリートを作成する実験の模様や、その意義が詳しく解説されています。

NASA ScienceCasts: Cementing Our Place in Space - YouTube


コンクリートは私たちにとって身近な材料ですが、コンクリートが固まって強度を増すプロセスは、実はまだ完全に解明されたわけではないとのこと。

そんなコンクリートを月面で作ろうとするのであれば、まずはコンクリートが固まる仕組みや、微小重力下でのコンクリートの振る舞いを理解する必要があります。

そもそも、地球上でコンクリートを作る時なにが起きているかというと……

コンクリートの材料となるセメントが水と反応し、ケイ酸カルシウム水和物と水酸化カルシウムが結晶を形成し始めます。

成長した結晶の微小構造が互いにかみ合うことで、粒子同士や砂利などを結合させ、ドロドロの物質から強固な材質になるわけです。

「では、宇宙の微小重力下ではどうなるのか？」を調べるため、研究者らはセメントの主成分である「ケイ酸三カルシウム」「消石灰」「蒸留水」のパッケージをISSに運びました。

そして、密閉した袋の中で材料を混合し、42日間かけて固化させました。

その結果、宇宙で固まったコンクリートは、地上で作ったコンクリートとは違った構造を持つようになったとのこと。以下の2つの顕微鏡画像のうち、上が宇宙で作ったコンクリートで、下が地上で作ったコンクリートです。

ペンシルバニア州立大学の土木環境工学教授であるアレクサンドラ・ラドリンスカ氏は「宇宙で作られたコンクリートは地上のコンクリートと比べて、材質がより均等に混ざっていました。これは、コンクリートの強度を高める性質です。一方で、多孔質な構造にもなっており、これはコンクリートをもろくする性質です」と述べて、強度を高める要素と弱める要素の両方が見られたと指摘しました。実際にどちらのコンクリートの方が強度が高いかは、目下評価試験中だとのことです。

ラドリンスカ氏は「月の砂であるレゴリスは非常に微細かつトゲトゲした形状の粒子なので、気泡の発生を抑えてコンクリートをより強固にしてくれる可能性があります」と話し、月では地上より強固なコンクリートが作れる可能性があるとの見方を示しました。